作为实验室实验必备的一份文件，实验报告的撰写显得尤为重要。小编为大家准备了科大奥锐分光计实验报告，以科学客观、清晰易懂为特点，详细讲解了如何使用科大奥锐分光计来完成实验，并提供了实验结果及数据分析，让您对实验结果更加清晰明了。
科大奥锐分光计实验报告1
一、实验目的
1．观察光线通过光栅后的衍射光谱。
2．学会用光栅衍射测定光波波长的方法。
3．学会用光栅衍射原理测定光栅常数。
4．进一步熟悉分光计的调整和使用方法。
二、实验仪器
分光计光栅钠光灯平面反射镜
三、实验原理
光栅是有大量的等间隔、等宽度的狭缝平行放置组成的一种光学元件。设狭缝宽度（透光部分）为a，不透光部分为b，则a+b为光栅常数。
设单色光垂直照射到光栅上，光透过各个狭缝后，向各个方向发生衍射，衍射光经过透镜后会聚后相互干涉，在焦平面上形成一系列的被相当宽的暗区分开的明亮条纹。q
衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。设衍射角为的一束衍射光经透镜会聚到观察屏的点。在P点出现明条纹还是暗条纹决定于这束衍射光的光程差。
由于光栅是等宽、等间距，任意两个相邻缝的衍射光的光程差是相等的，两个相邻狭缝的衍射光的光程差为，如果光程差为波长的整数倍，在P点就出现明条纹，即
(a+b)sin(a+b)sink
(k=0,1,2,)
这就是光栅方程。从上式可知，只要测出某一级的衍射角，就可计算出波长。
四、实验步骤
1、调整分光计。
使望远镜、平行光管和载物台都处于水平状态，平行光管发出平行光。
2、安置光栅将光栅放在载物台上，让钠光垂直照射到光栅上。可以看到一条明亮而且很细的零级光谱，左右转动望远镜观察第一、二级衍射条纹。
3．测定光栅衍射的第一、二级衍射条纹的衍射角&，并记录。
五、数据记录
六、数据处理
七、思考题
科大奥锐分光计实验报告2
【实验目的】
了解分光计的结构和基本原理，学习调整和使用方法。
【分光计的结构和原理】
分光计主要由五个部分构成：底座、平行光管、自准直望远镜、载物台和读数装置。
不同型号分光计的光学原理基本相同。JJY型分光计如图3-7-1所示。
图3-7-1 JJY型分光计
1．狭缝装置2．狭缝装置锁紧螺钉3．平行光管4．元件夹5．望远镜6．目镜锁紧螺钉7．阿贝式自准直目镜8．狭缝宽度调节旋钮9．平行光管光轴高低调节螺钉10．平行光管光轴水平调节螺钉11．游标盘止动螺钉12．游标盘微调螺钉13．载物台调平螺钉（3只）14．度盘15．游标盘16．度盘止动螺钉17．底座18．望远镜止动螺钉19．载物台止动螺钉20．望远镜微调螺钉21．望远镜光轴水平调节螺钉22．望远镜光轴高低调节螺钉23．目镜视度调节手轮
1．底座
分光计底座（17）中心固定有一中心轴，望远镜、度盘和游标盘套在中心轴上，可绕中心轴旋转。
2．平行光管
平行光管安装在固定立柱上，它的作用是产生平行光。平行光管由狭缝和透镜组成，如图3-7-2。狭缝宽度可调（范围0.02~2mm），透镜与狭缝间距可以通过伸缩狭缝筒进行调节。当狭缝位于透镜焦平面上时，由狭缝经过透镜出射的光为平行光。
图3-7-2 平行光管
3．自准直望远镜
阿贝式自准直望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起并套装在度盘上。它用来观察和确定光线行进方向。自准直望远镜由物镜、目镜、分划板等组成（如图3-7-3），三者间距可调。其中，分划板上刻有“”形叉丝；分划板下方与一块45º全反射小棱镜的直角面相贴，直角面上涂有不透明薄膜，薄膜上划有一个“十”形透光的窗口，当小电珠光从管侧经另一直角面入射到棱镜上，即照亮“十”字窗口。调节目镜，使目镜视场中出现清晰的“”形叉丝。在物镜前方放置一平面镜，然后调节物镜，使分划板位于物境焦平面上，那么从棱镜“十”字口发出的绿光经物镜后成为平行光射向前方平面境，其反射光”形叉丝和绿色“十”字又经物镜成像于分划板上。这时，从目镜中可以看到清晰的“像。此时望远镜已调焦至无穷远，适合观察平行光了。如果平面境的法线与望远镜光轴方向一致，则绿色“十”字像位于分划板“”形叉丝的上横线上，如图3-7-3中的视场。
图3-7-3 阿贝式自准直望远镜的构造
1．平面镜2．物镜3．分化板4．小电珠5．小棱镜6．目镜7．目镜视场8．绿十字反射镜4．载物台载物台套装在游标盘上，可以绕中心轴转动，它用来放置光学元件。载物台的高低、水平状态可调。
5．读数装置
读数装置由度盘和游标盘组成。度盘圆周被分为720份，分度值为30′，30′以下需用游标来读数。游标盘采用相隔180º的双窗口读数；游标上的30格与度盘上的29格角度相等，故游标的最小分度值为1′，图3-7-4所示的位置应读作113º 45′。
图3-7-4 角游标的读法
采用双游标读数，是为了消除度盘中心与仪器中心轴不重合而引起的偏心差。测量时记录下两个窗口读数然后取平均值即可。如图3-7-5所示，当度盘中心O′与分光计中心轴O不重合时，转过角度所对应游标数
和PQ均不等于OO′重合时转过角所对应正和确读数，但根据平面几何知识很容易证明：，采用双游标可使偏心差得以消除。
图3-7-5 偏心差图示
【实验步骤】
在进行分光计的调节前，首先应明确对分光计的调节要求：①望远镜适合观察平行光，或称望远镜聚焦于无穷远；②平行光管能发射平行光；③望远镜和平行光管的光轴均与分光计中心轴正交。然后对照仪器熟悉结构和各调节螺钉的作用。
一、目测粗调
用眼睛直接观察，调节望远镜和平行光管的光轴高低调节螺钉（22和9），使两者的光轴尽量呈水平状态；调节载物台下三只调平螺钉13，使载物台呈水平状态。粗调完成得好，可以减少后面细调的盲目性，使实验顺利进行。
二、细调
1．调节望远镜合适观察平行光
（1）目镜的调焦。调节目镜视度调节手轮23，使视场中能看到分划板上清晰的“”形叉丝像。
（2）接通望远镜灯源，把平面镜按图3-7-6所示位置放在载物台上，缓慢转动载物台，从望远镜中可见一光斑，若找不到说明粗调未调好，这时可用眼睛观察平面镜，找到反射光束，调节载物台和望远镜光轴位置，使望远镜能接收到反射光束，从目镜视场中看到光斑。
图3-7-6 平台镜在载物台上的位置
（3）望远镜的调焦。松开目镜锁紧螺钉6，前后移动目镜筒，当光斑变为清晰的绿“十”字像，并且与分划板“”形叉丝无视差时，望远镜已调焦至无穷远，适合观察平行光了。
2．调节望远镜光轴垂直于分光计中心轴转动载物台180º，观察视场中有无绿“十”字像，若没有则应适当调节载物台水平和望远镜光轴的高低，直至任意转动载物台180º均能在望远镜中看到经平面镜正、反两面反射的绿“十”字像。
从前面分光计的调节原理知道，当望远镜光轴垂直于分光计中心轴时，经平面镜正、反两面反射的“十”字像均应重合在分划板“”叉丝的上的横丝上（如图3-7-7所示）。
在一般情况下，视场中看到两面绿“十”字像并不重合，需要继续仔细配合调节载物台和”形叉丝上横丝距离减望远镜。可先调载物台调平螺钉（a或a）使绿“十”字像到“少一半；再调望远镜光轴的俯仰调节螺钉使绿“十”字像与上横丝重合。然后转动载物台180º，重复上面调节步骤，反复几次即可调好。此后望远镜光轴高低调节螺钉不可再动。
图3-7-7
3．调节载物平台法线与分光计中心轴平行将平面镜相对载物台转动90º，然后转动载物台90º，调平台调平螺钉a使平面镜反射的绿“十”字像与“”形叉丝上横形重合。
4．调节平行光管能发射平行光关闭望远镜灯源，点燃光源使光照亮平行光管狭缝。用已调好的望远镜对准平行光管观察，松开狭缝装置锁紧螺钉2，前后移动狭缝套筒，使望远镜中看到清晰的狭缝像，并且与叉丝无视差，此时平行光管发出平行光；调节狭缝宽度调节手轮8，从望远镜中观察到缝宽约1mm左右。
5．调节平行光管光轴垂直于分光计中心轴松开狭缝装置锁紧螺钉2，转动狭缝成水平状态，调节平行光管光轴高低调节螺钉9，使望远镜中看到狭缝像的缝宽被分划板中央横丝上下平分（如图3-7-8所示），再转动狭缝90º成竖直状态，狭缝被中央横丝上下平分。此时，平行光管光轴与分光计中心轴垂直。在调节过程中应始终保持狭缝像清晰。
图3-7-8
3.7.2 光栅常数的测定衍射光栅是由大量平行、等宽、等距的狭缝（或刻痕）构成，常分为透射光栅和反射光栅，是一种精密的分光元件。
【实验目的】
（1）观察光栅衍射现象，理解光栅衍射基本规律。
（2）学会用分光计测光栅常数。
【实验原理】
设透射光栅的缝宽为，不透光部分宽度为，称为光栅常数。当单色平行光垂直入射到衍射光栅上，通过每个缝的光都将发生衍射，不同缝的光彼此干涉，当衍
射角满足光栅方程时，光波加强，产生主极大。若在光栅后加一会聚透镜，则在其焦平面上形成分隔开的对称分布的细锐明条纹（见图*-9）。
图3-7-9 光栅衍射原理图
在式（3-7-1）中，为单色光波长，是明条纹级数。如果光源是包含有不同波长光波的复色光，经光栅衍射后，对不同波长的光，除零级外，由于同一级主极大有不同的衍射角，因此在零级主极大两边出现对称分布、按波长次序排列的谱线，称为光栅光谱。
根据光栅方程，若以已知波长的单色平行光垂直入射，只要测出对应级次条纹的衍射角，即可求出光栅常数d。同样，若d已知，即可求得入射光波长。
【实验仪器】
分光计（JJY型），衍射光栅，光源（钠光灯）
【实验内容】
（1）按练习一的要求调节好分光计。
（2）将衍射光栅放在载物台上（按图3-7-6中平面镜位置）。
（3）调节光栅平面与望远镜光轴垂直。接通望远镜灯源，仔细观察被光栅平面反射的
“十”字像，调节载物台调平螺钉或，使“十”字像与分划板“”形叉形上横丝重合。
（4）调节光栅的刻痕线平行于分光计中心轴。转动望远镜，观察衍射条纹，仔细调节载物台调平螺钉a，使视场中见到的各级亮纹都被分化板中央横丝上下等分。
（5）测量衍射角（本实验中测量左右级条纹的夹角即2），固定游标盘和载物台，推动支臂使望远镜和度盘一起转动，将望远镜分划板竖直线移至左边第三级条纹外，
然后向右推动支臂使分划板竖直线靠近第三级明纹的左边缘（或右边缘），利用望远镜微调
【数据处理】
（1）按下式计算第级衍射角
（2）按式（3-7-1）计算：
（3）计算光栅常数d的标准不确定度：简化处理，以时的近似表示。
衍射角测量的仪器误差限：
（4）写出结果表达式：
科大奥锐分光计实验报告3
U 2 I 2
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伏安法测电阻
实验目的 (1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。
(3) 学会间接测量量不确定度的计算；进一步掌握有效数字的概念。 实验方法原理
根据欧姆定律， R = U
，如测得 U 和 I 则可计算出 R 。值得注意的是，本实验待测电阻有两只，
一个阻值相对较大，一个较小，因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式，以减小测量误差。 实验装置 待测电阻两只，0～5mA 电流表 1 只，0－5V 电压表 1 只，0～50mA 电流表 1 只，0～10V 电压表一 只，滑线变阻器 1 只，DF1730SB3A 稳压源 1 台。
实验步骤本实验为简单设计性实验，实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时，可提示学 生参照第 2 章中的第 2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的，并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量，记录 U 值和 I 值。对每一个电阻测量 3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大，可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大，应分析原因并重新测量。 数据处理
(1) 由 U = U max ? 1.5%，得到 U 1 = 0.15V , U 2 = 0.075V
； (2) 由 I
= I max ? 1.5%，得到 I 1 = 0.075mA , I 2 = 0.75mA ；
(3) 再由 u R
= R ( 3V ) + ( 3I ) ，求得 u R 1
= 9 ? 101 &, u R 2 = 1&； (4) 结果表示 R 1
= (2.92 ± 0.09) ?10 3 &, R 2 = (44 ± 1)&
光栅衍射
实验目的
(1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。
(3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长 实验方法原理
科大奥锐分光计实验报告4
一、实验目的
(1) 观察和研究等厚干涉现象,加深对光的波动性的认识。
(2)掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的原理和方法，加强等厚干涉原理的理解。
(3)学习掌握读数显微镜的使用方法。
二、实验仪器
读数显微镜钠光灯牛顿环
三、实验原理
将一曲率半径很大的平凸透镜放在一平板玻璃上，就组成了一个牛顿环。在平板玻璃与平凸透镜之间就会形成一层空气薄膜，以接触点为中心的任一圆周上各点，空气膜的厚度都相等。当以平行单色光垂直入射时，入射光将在此薄膜上下两表面反射，产生具有一定光程差的两束相干光。在透镜表面就会形成以接触点为中心的明暗相间的一组同心圆环，该圆环图样称为牛顿环。
由薄膜干涉可知，空气薄膜上下两表面反射两束反射光的光程差对应于明条纹和暗条纹的条件为
从上式可知，只要测出两个暗环的直径，已知钠光的波长，就可测出曲率半径
四、实验步骤。
（1）把牛顿环装置放在显微镜下，调节半反射镜使钠黄光能充满整个视场。
（2）调节显微镜筒，能清楚地看到十字叉丝和干涉条纹，然后移动牛顿环，使十字叉丝的交叉点在中心零级暗斑内，而且使一条叉丝垂直于显微镜移动方向。
（3）转动测微鼓轮，使十字叉丝向某一方向移动，测出某些暗环的直径。要求从一边的第35环开始数，第30环开始记录，每5环读一次数，记录一次，直到另一边的第30环。
（4）按照步骤（3）再作一次。
五、数据记录
六、数据处理
科大奥锐分光计实验报告5
如果使检偏器的透振方向与暗方向平行，1/4波片与检偏器透振方向垂直或平行。现象：两次亮光，两次消光结论：椭圆偏振光
【小结与讨论】
1. 实验测的了632.8nm时玻璃对空气的折射率为1.5399。
2. 单色自然光经过起偏器和检偏器，旋转检偏器一周，发现光电流相应出现两次消光现象，是分析其原因。
答：当检偏器的偏振化的方向和检偏器的偏振化的方向为2 ?? 和时，根据马吕斯定23 律I?I0cos?可知，出现两次光强为零的情况，即光电流出现了2次消光现象。 3.自己设计实验进行了几种偏振光的检验的工作，搞清了几种偏振光的区别，以及怎样得到他们。
科大奥锐分光计实验报告6
实验目的：掌握分光计的工作原理，熟悉偏振光的原理和性质。验证马吕斯定律，并根据布儒斯特定律测定介质的折射率。
实验原理：
为了研究光的偏振态和利用光的偏振特性进行各种分析和测量工作，需要各种偏振元件：产生偏振光的元件、改变光的偏振态的元件等，下面分类介绍。
产生偏振光的元件在激光器发明之前，一般的自然光源产生的光都是非偏振光，因此要产生偏振光都要使用产生偏振光的元件。根据这些元件在实验中的作用，分为起偏器和检偏器。起偏器是将自然光变成线偏振光的元件，检偏器是用于鉴别光的偏振态的元件。在激光器谐振腔中可以利用布儒斯特角使输出的激光束是线偏振光。将自然光变成偏振光的方法有很多，一个方法是利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。我们的先人在很早就已经对水平面的反射光有所研究，但定量的研究最早在18由布儒斯特完成。反射光中的垂直于入射面的光振动（称s分量）多于平行于入射面的光振动（称p 分量）；而透射光则正好相反。在改变入射角的时候，出现了一个特殊的现象，即入射角为一特定值时，反射光成为完全线偏振光（s分量）。折射光为部分偏振光，而且此时的反射光线和折射光线垂直，这种现象称之为布儒斯特定律。该方法是可以获得线偏振光的方法之一。如图1所示。因为此时
i0???
?
2 ，n1sini0?n2sin?，
tgi0?
sini0sini0n??cosi0sin?n1，若n1=1（为空气的折射率），则
n2?tgi0
1
（1）
i0叫做布儒斯特角，所以通过测量布儒斯特角的大小可以测量介质的折射率。
由以上介绍可以知道利用反射可以产生偏振光，同样利用透射（多次透射）也可以产生偏振光（玻璃堆）。第二种是光学棱镜，如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用晶体的双折射的原理制成的。在晶体中存在一个特殊的方向（光轴方向），当光束沿着这个方向传播时，光束不分裂，光束偏离这个方向传播时，光束将分裂为两束，其中一束光遵守折射定律叫做寻常光（o光），另一束光一般不遵守折射定律叫做非寻常光（e光）。o光和e光都是线偏振光（也叫完全偏振光），两者的光矢量的振动方向（在一般使用状态下）互相垂直。改变射向晶体的入射光线的方向可以找到光轴方向，沿着这个方向，o光和e光的传播速度相等，折射率相同。晶体可以有一个光轴，叫做单轴晶体，如方解石、石英，也可以有两个光轴，叫双轴晶体，如云母、硫磺等。包含光轴和任一光线的平面叫对应于该光线的主平面，o光电矢量的振动方向垂直于o光主平面，e光电矢量的振动方向平行于e光主平面。
格兰棱镜由两块方解石直角棱镜构成，两棱镜间有空气间隙，方解石的光轴平行于棱镜的棱。自然光垂直于界面射入棱镜后分为o光和e光，o光在空气隙上全反射，只有e光透过棱镜射出。
第三种是偏振片，它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光。它的偏振性能不如格兰棱镜，但优点是价格便宜，且可以得到大面积的。本实验中采用偏振片作为起偏器和检偏器。
2. 波晶片：
又称位相延迟片，是改变光的偏振态的元件。它是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度vo ,ve 不同（所以折射率也就不同），所以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同。当两光束通过波晶片后o光的位相相对于e光延迟量为，
??
2
2?
?
(no?ne)d
(2)
若满足
(ne?no)d?m???/4，即
??2m??
?
2我们称之为?/4片，若满足
(ne?no)d?m???/2，即??2m???，我们称之为?/2片，若满足(ne?no)d?m???，即??2m??2?我们称之为全波片（m为整数）。
波晶片可以用来检验和改变光的偏振态，如图4所示，在起偏器后加上一个?/4波片，旋转起偏器或?/4波片就可以得到园或者椭圆偏振光[细节和方法参见文献2、3]。?/4波片是椭偏仪中的重要元件，而椭偏仪可以精确测量薄膜的厚度和折射率，是材料科学研究中常用的精密仪器。
偏振光的研究从马吕斯定律开始，马吕斯定律也是最基本和最重要的偏振定律。马吕斯在1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为 I?I0cos2?（3）
其中的E是检偏器的偏振方向和起偏器偏振方向的夹角。实验仪器：
1、.半导体激光器（波长650nm）2、起偏器、3、检偏器、4、分光计和数字式检流计。
实验过程及数据处理与分析：
1、仪器调节：
（1）首先利用双平面镜调节放半导体激光器的光管（以下简称管1）使其与仪器的旋转主轴垂直（也就是说与度盘平面平行），同时使分光计载物台与度盘平面平行。（2）检查输出信号是否与数字检流计接好，检流计量程选择1档开关放在1档，调节零点旋钮，使数据显示为“-.000”（负号闪烁）。
2、测量半导体激光器的偏振度
在管1上套上起偏器P1，将量程选择4档开关打到第4档，（将起偏器竖直方向调到0?），旋转起偏器找到光强最强的位置，记录角度和光强值Imax。再将起偏器旋转90?，记录角度和光强值Imin。根据公式计算激光的偏振度P：
I?Ip?maxmin
Imax?Imin （4）
Imin = 1.2 Imax = 145.9
则由（4）式可计算得：
P=0.983
3、验证马吕斯定律
检流计仍放在4档，在测量过程中也不要换档。将起偏器放在光强最强的位置，在管2 另一端套上检偏器P2并使竖直方向为0?。然后旋转检偏器P2使检流计的光强最小（仍在4档可以调为0）。此时可以认为P1 与P2偏振方向的夹角为90?，记录此时P2偏振方向的绝对角度值?、相对角度值?和光强值I，以后每隔10?记录一次，直到P1 与P2偏振方向的夹角为2 -90?，I0为 P1 与P2偏振方向的夹角为0?时的光强值，作出I/I0?cos?的关系曲线
（0??90?，0??-90?各一条，用最小二乘法求出斜率和截距，根据马吕斯定律斜率应为1，截距应为0，分析实验的误差）。
1) -90~0
用Origin线性拟合并分析误差：
2) 0~90
2. 单色自然光经过起偏器和检偏器，旋转检偏器一周，发现光电流相应出现两次消光现象，是分析其原因。
答：当检偏器的偏振化的方向和检偏器的偏振化的方向为和时，根据马吕斯定23 律I?I0cos?可知，出现两次光强为零的情况
科大奥锐分光计实验报告7
光的干涉和衍射实验证明了光的波动性质。本实验将进一步说明光是横波而不是纵波，即其E和H 的振动方向是垂直于光的传播方向的。光的偏振性证明了光是横波，人们通过对光的偏振性质的研究，更深刻地认识了光的传播规律和光与物质的相互作用规律。目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等，提供了极有价值的方法。
【实验目的】
1．观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念。 2．了解偏振光的产生和检验方法。 3．观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。 4．观测椭圆偏振光和圆偏振光。
【实验仪器】
光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置图1 实验仪器实物图
【实验原理】
1．偏振光的基本概念
按照光的电磁理论，光波就是电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直。
两者均垂直于光的传播方向。从视觉和感光材料的特性上看，引起视觉和化学反应的是光的电矢量，通常用电矢量E代表光的振动方向，并将电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光振动面。在传播过程中，光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光，如图2（a）。光源发射的光是由大量原子或分子辐射构成的。由于热运动和辐射的随机性，大量原子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同的。一般说，在106s内各个方向电矢量的时间平均值相等，故出现如图2（b）所示的所谓自然光。有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其他方向，即在较长时间内电矢量在某一方向较强，这就是如图2（c）所示的所谓部分偏振光。还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规则的变化，其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆（或圆形），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光），如图2（c）所示。
图2 光波按偏振的分类 2．获得偏振光的常用方法 (1)非金属镜面的反射。通常自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光。并且当入射角增大到某一特定值时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入射面，如图3所示，这时入射角称为布儒斯特角，也称为起偏角。
由布儒斯特定律得：
其中、分别为两种介质的折射率，为相对折射率。如果自然光从空气入射到玻璃表面而反射时，对于各种不同材料的玻璃，已知其相对折射率n的变化范围在1.50到1.77之间，则可得布儒斯特角约在560—600之间。此方法可用来测定物质的折射率。
(2)多层玻璃片的折射。
当自然光以布儒斯特角入射到由多层平行玻璃片重叠在一起构成的玻璃片堆上时，由于在各个界面上的反射光都是振动面垂直入射面的线偏振光，故经过多次反射后，透出来的透射光也就接近于振动方向平行于入射面的线偏振光。 (3)利用偏振片的二向色性起偏。将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏。某些有机化合物晶体具有二向色性，它往往吸收某一振动方向的入射光，而与此方向垂直振动的光则能透过，从而可获得线偏振光。利用这类材料制成的偏振片可获得较大截面积的偏振光束，但由于吸收不完全，所得的偏振光只能达到一定的偏振度。 (4)利用晶体的双折射起偏。
自然光通过各向异性的晶体时将发生双折射现象，双折射产生的寻常光（o光）和非常光（e光）均为线偏振光。o光光矢量的振动方向垂直于自己的主截面；e光光矢量的振动方向在自己的主截面内。方解石是典型的天然双折射晶体，常用它制成特殊的棱镜以产生线偏振光。利用方解石制成的沃拉斯顿棱镜能产生振动面互相垂直的两束线偏振光；用方解石胶合成的尼科耳棱镜能给出一个有固定振动面的线偏振光。 3．偏振片、波片及其作用 (1)偏振片偏振片是利用某些有机化合物晶体的二向色性。将其渗入透明塑料薄膜中，经定向拉制而成。它能吸收某一方向振动的光，而透过与此垂直方向振动的光，由于在应用时起的作用不同，用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器；用来检验偏振光的偏振片，叫做检偏器。按照马吕斯定律，强度为I0的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为： I = I0 cos2 式中为入射偏振光的偏振方向与检偏器偏振轴之间的夹角，显然当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度I将发生周期性变化。当 = 时，透射光强最大；当 =90 时，透射光强为极小值（消光状态），当 < <90 时，透射光强介于最大和最小值之间，如图所示表示了自然光通过起偏器与检偏器的变化。
图4 光波的起偏核检偏
根据透射光强度变化的情况，可以区别线偏振光、自然光和部分偏振光。 (2)波片
波片是用单轴晶体切成的表面平行于光轴的薄片。
当线偏振光垂直射到厚度为L，表面平行于自身光轴的单轴晶片时，会产生双折射现象，寻常光（O光）和非常光(e光)沿同一方向前进，但传播的速度不同。这两种偏振光通过晶片后，它们的相位差为：其中，为入射偏振光在真空中的波长，no和ne分别为晶片对o光和e光的折射率，L为晶片的厚度。我们知道，两个互相垂直的、频率相同且有固定相位差的简谐振动，可用下列方程表示（如通过晶片后光和光的振动）：从两式中消去t，经三角运算后得到合振动的方程式为由此式可知，
1当时，，为线偏振光。
2当时，，为正椭圆偏振光。在 = 时，为圆偏振光。 3当为其它值时，为椭圆偏振光。
在某一波长的线偏振光垂直入射到晶片的情况下，能使o光和e光产生相位差（相当于光程差为的奇数倍）的晶片，称为对应于该单色光的二分之一波片（1/2波片）或波片；与此相似，能使o光和e光产生相位差（相当于光程差为的奇数倍）的晶片，称为四分之一波片（1/4波片）或波片。本实验中所用波片是对（激光）而言的。如图5所示，当振幅为A的线偏振光垂直入射到1/4波片上，振动方向与波片光轴成角时，由于o光和e光的振幅分别为A 和A ，所以通过1/4波片合成的偏振状态也随角度的变化而不同。
图5
1当 = 时，获得振动方向平行于光轴的线偏振光（e光）。 2当 = /4时，获得振动方向垂直于光轴的线偏振光（o光）。 3当 = /2时，Ae=Ao获得圆偏振光。
4当为其它值时，经过1/4波片后为椭圆偏振光。所以，可以用1/4波片获得椭圆偏振光和圆偏振光。
【实验内容与步骤】
1．起偏与检偏鉴别自然光与偏振光，验证马吕斯定律。
(1) 在光源至光屏的光路上插入起偏器P1，旋转P1，观察光屏上光斑强度的变化情况。 (2) 在起偏器P1后面再插入检偏器P2。固定P1的方位,旋转P2 ，旋转3600，观察光屏上光斑强度的变化情况。有几个消光方位？
(3) 以硅光电池代替光屏接收P2出射的光束，旋转P2，记录相应的光电流值，共转900，在坐标纸上作出I~cos2θ关系曲线。 2．观测布儒斯特及测定玻璃折射率 (1) 在起偏器P1后，插入测布儒斯特角的装置，再在P1和装置之间插入一个带小孔的光屏。调节玻璃平板，使反射的光束与入射光束重合。记下初始角。
(2) 一面转动玻璃平板，一面同时转动起偏器P1，使其透过方向在入射面内。反复调节直到反射光消失为止，此时记下玻璃平板的角度，重复测量三次，求平均值。算出布儒斯特角。 (3) 把玻璃平板固定在平儒斯特角的位置上，去掉起偏器P1，在反射光束插入检偏器P2，转P2，观察反射光的偏振状态。 3．观察椭圆偏振光和圆偏振光
(1) 先使起偏器P1和检偏器P2的偏振轴垂直（即检偏器P2后的光屏上处于消光状态），在起偏器P1和检偏器P2之间插入1/4波片，转动波片使P2后的光屏上仍处于消光状态（此时 = ）。
(2) 从 = 的位置开始，使检偏器P2转动，这时可以从屏上光强的变化看到经过1/4波片后的光为线偏振光。
(3) 取 =900，使检偏器P2转动，这时也可以从屏上光强的变化看到经过1/4波片后的光为线偏振光。其振动面与 = 时的振动面垂直。
(4) 取为除00和900外的其他值，观察转动P2时屏上光强的变化，其结果与椭圆偏振光对应。特别是当 =450时，P2转动时屏上光强几乎不变，这便是圆偏振光对应的状态。
【注意事项】
1、实验中各元件不能用手摸，实验完毕后按规定位置放置好。 2、不要让激光束直接照射或反射到人眼内。
【数据记录及处理】
表1 马吕斯定律验证实验
表2 玻璃折射率的测定与计算
【思考题】
1．偏振光的获得方法有哪几种？
2．通过起偏和检偏的观测，你应当怎样判别自然光和偏振光？ 3．什么是马吕斯定律？本实验如何验证此定律？
4．玻璃平板在布儒斯特角的位置上时，反射光束是什么偏振光？它的振动是在平行于入射面内还是在垂直于入射面内？
科大奥锐分光计实验报告8
1 实验回顾
1.1. 分光计的调整
（1） 调整分光计的目的。分光计在实验中通常来测量光线经各种光学元件（如狭缝、光栅、棱镜等）后的偏转角度，其测角时的光路如图1所示。
图1
转动望远镜，使之对准偏转光线，由读数窗所得读数变化即得角度。但是为使得所得角度与实际光线偏转角度一致，必须有以下考虑。用分光计进行观测时，其观测系统基本上由下述三个平面构成，如图2。
图2
应将此三个平面调节成相互平行。
所以，仪器必须精密调整，以保证：
1 入射光线是平行光（即要求调整平行光管，使之发射平行光）；
2 检测工具能接收平行光（即要求望远镜调焦无穷远，亦即使平行光能成象最清晰）；
3 读值平面、观察平面和待测光路平面平行（即要求调整平行光管和望远镜的光轴与分光计中心轴垂直，同时也要调整载物台平面垂直于分光计中心轴）。
1.2. 调整方法。
1.2.1调整自准直望远镜。为了把望远镜调焦到无穷远，我们采用自准直法：
在望远镜之前载物台上放一镜面垂直于望远镜光轴的平面反射镜。当调节叉丝面与物镜之间的距离（即调焦），如果叉丝恰好处与物镜的焦平面上，则叉丝发出的光经物镜变为平行光，此平行光由反射镜反射回来，经物镜后所成叉丝像应准确地处在叉丝平面上。所以在调焦过程中只要在叉丝平面上看到反射回来的清晰的叉丝像时，望远镜已调焦到无穷远了。
1.2.2调整望远镜的光轴与分光计中心转轴垂直，载物平台与分光计中心转轴垂直。
这一步仍要借助平行平面镜来调整。平面镜前后两个反射面是互相平行且与其底座的底面垂直的。若望远镜及载物台均已调成与分光计中心转轴垂直，则平面镜放在载物台任意位置上，都应看到如图3所示图像。将平台转过180°观察（见图4），也应如此。
图3
图4
1.2.3使平行光管发出平行光，并使其光轴与分光计转轴垂直。
这一步可用已调好的望远镜作为基准，调节平行光管狭缝至透镜的距离，使在望远镜中能看到狭缝清晰的像，且缝像与叉丝无视差。这时平行光管已发射平行光再调节平行光管倾斜度使狭缝像处于分划板上下面一条水平线上（此时应将原先竖着的狭缝转90°，成水平状，调整好还应将其恢复到原位置）。这样平行光管光轴与望远镜光轴就平行了，也就是说平行光管光轴也垂直于分光计中心转轴了。
2 问题提出
能否直接通过三棱镜的光学平面来把望远镜调焦到无穷远（即1.2.1）？能否直接通过三棱镜的光学平面调整望远镜主光轴与分光计主轴垂直？（即1.2.2）
3 问题分析
3.1 对于1.2.1的调节
可以把三棱镜的一个光学平面作平面镜用，达到调焦的目的。
在望远镜之前载物台上放上三棱镜，使其一个光学平面垂直于望远镜光轴的平面反射镜。当调节叉丝面与物镜之间的距离（即调焦），如果叉丝恰好处与物镜的焦平面上，则叉丝发出的光经物镜变为平行光，此平行光由光学平面反射回来，经物镜后所成叉丝像应准确地处在叉丝平面上。所以在调焦过程中只要在叉丝平面上看到反射回来的清晰的叉丝像时，望远镜已调焦到无穷远了。
3.1 对于1.2.2的调节
一个光学平面显然做不到，下面分析两个光学平面能不能做到。
我们通过调节载物台面与望远镜的倾斜度总可以把仪器系统调整到如图5所示的状态。
图5
图5中，E为分光计主轴OO/上的任一点，过点E作EF、EG分别垂直于三棱镜的两个光学面A/ACC/与A/ABB/；设θ1、θ2分别为EF、EG与OO/轴的夹角， 且θ1=θ2≠90°；望远镜主光轴∥EG。容易证明，在此状态下，望远镜的主光轴首先⊥A/ABB/面，而当三棱镜随载物台转过φ角（即EF与EG的夹角）后，A/ACC/面就转至与先前A/ABB/面平行或重合的位置 ，此时望远镜的主光轴又⊥A/ACC/面。由此可见，在三棱镜随同载物台转动φ角前后，三棱镜两光学面反回的十字像都与调节用叉丝重合，但此时，望远镜的主光轴显然不垂直OO/轴。
所以不能只用三棱镜的两个光学平面，下面分析用三棱镜的三个光学平面。
图6
如图六所示，E为分光计主轴OO/上的任一点，过点E作EF、EG、EH分别垂直于三棱镜的两个光学面A/ACC/、A/ABB/与C/CBB/；设θ1、θ2、θ3分别为EF、EG.、EH与OO/轴的夹角，望远镜主光轴∥EG。当望远镜的主光轴分别垂直于A/ABB/、A/ABB/与C/CBB/面，三棱镜三个光学面反回的十字像都与调节用叉丝重合，此时，θ1=θ2=θ3=90°，即望远镜的主光轴垂直OO/轴。
参考文献：
[1] 钱锋，潘人培. 大学物理实验（修订版）[M]. ，高等教育出版社，. 230-231..
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